Tämä on totta, vaikka se kuulostaa uskomattomalta, koska jäätymisprosessissa esilämmitetyn veden on läpäistävä kylmän veden lämpötila. Samaan aikaan tätä efektiä käytetään laajalti. Esimerkiksi jäähallit ja liukumäet täytetään talvella kuumalla vedellä, ei kylmä vesi. Asiantuntijat neuvovat autoilijoita kaatamaan kylmää vettä mieluummin kuin kuumaa vettä pesukoneen säiliöön talvella. Paradoksi tunnetaan maailmanlaajuisesti nimellä "Mpemba Effect".

Tämän ilmiön mainitsi aikoinaan Aristoteles, Francis Bacon ja Rene Descartes, mutta vasta vuonna 1963 fysiikan professorit kiinnittivät siihen huomiota ja yrittivät tutkia sitä. Kaikki alkoi siitä, kun tansanialainen koulupoika Erasto Mpemba huomasi, että jäätelön valmistukseen käyttämänsä makeutettu maito jähmettyi nopeammin esilämmitettynä ja ehdotti, että kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä. Hän kääntyi fysiikan opettajan puoleen saadakseen selvennyksen, mutta hän vain nauroi opiskelijalle sanoen seuraavaa: "Tämä ei ole maailmanfysiikkaa, vaan Mpemban fysiikkaa."

Onneksi Dennis Osborn, fysiikan professori Dar es Salaamin yliopistosta, vieraili koulussa eräänä päivänä. Ja Mpemba kääntyi hänen puoleensa samalla kysymyksellä. Professori oli vähemmän skeptinen, sanoi, ettei hän voinut arvioida sitä, mitä hän ei ollut koskaan nähnyt, ja palattuaan kotiin pyysi henkilökuntaa suorittamaan asianmukaiset kokeet. Näyttää siltä, ​​​​että he vahvistivat pojan sanat. Joka tapauksessa vuonna 1969 Osborne puhui työskentelystä Mpemban kanssa lehdessä "Eng. Fysiikkakoulutus". Samana vuonna George Kell Canadian National Research Councilista julkaisi artikkelin, jossa kuvattiin ilmiötä englanniksi. amerikkalainenJournal/Fysiikka».

Tälle paradoksille on useita mahdollisia selityksiä:

• Kuuma vesi haihtuu nopeammin, mikä pienentää sen tilavuutta, ja pienempi määrä samanlämpöistä vettä jäätyy nopeammin. Suljetuissa säiliöissä kylmä vesi pitäisi jäätyä nopeammin.
• Lumipäällysteen esiintyminen. kontti kanssa kuuma vesi sulattaa lumen alta ja parantaa siten lämpökosketusta jäähdytyspinnan kanssa. Kylmä vesi ei sulata lunta sen alla. Ilman lumipäällystettä kylmävesisäiliön pitäisi jäätyä nopeammin.
• Kylmä vesi alkaa jäätyä ylhäältä, mikä pahentaa lämpösäteilyn ja konvektion prosesseja ja siten lämmön menetystä, kun taas kuuma vesi alkaa jäätyä alhaalta. Säiliöissä olevan veden mekaanisella lisäsekoituksella kylmän veden pitäisi jäätyä nopeammin.
• Jäähdytetyssä vedessä on kiteytyskeskuksia - siihen liuenneita aineita. Pienellä määrällä tällaisia ​​keskuksia kylmässä vedessä veden muuttuminen jääksi on vaikeaa, ja jopa sen alijäähtyminen on mahdollista, kun se jää nestemäinen tila pakkasella.

Toinen selitys on äskettäin julkaistu. Tri Jonathan Katz Washingtonin yliopistosta tutki tätä ilmiötä ja totesi, että veteen liuenneilla aineilla on siinä tärkeä rooli, jotka saostuvat kuumennettaessa.
Alle liuennut aineet dr Katz viittaa kovan veden kalsium- ja magnesiumbikarbonaatteihin. Kun vettä kuumennetaan, nämä aineet saostuvat, vesi muuttuu "pehmeäksi". Vesi, jota ei ole koskaan lämmitetty, sisältää näitä epäpuhtauksia ja on "kovaa". Kun se jäätyy ja muodostuu jääkiteitä, epäpuhtauksien pitoisuus vedessä kasvaa 50-kertaiseksi. Tämä alentaa veden jäätymispistettä.

Tämä selitys ei vaikuta minusta vakuuttavalta, koska. emme saa unohtaa, että vaikutus havaittiin kokeissa jäätelöllä, ei kovalla vedellä. Todennäköisimmin ilmiön syyt ovat lämpöfysikaalisia, eivät kemiallisia.

Toistaiseksi Mpemba-paradoksille ei ole saatu yksiselitteistä selitystä. Minun on sanottava, että jotkut tutkijat eivät pidä tätä paradoksia huomion arvoisena. On kuitenkin erittäin mielenkiintoista, että yksinkertainen koulupoika on saavuttanut fyysisen vaikutuksen tunnustuksen ja saavuttanut suosion uteliaisuutensa ja sinnikkyytensä ansiosta.

Lisätty helmikuussa 2014

Muistio on kirjoitettu vuonna 2011. Sen jälkeen on ilmestynyt uusia tutkimuksia Mpemba-ilmiöstä ja uusia yrityksiä selittää sitä. Joten vuonna 2012 Ison-Britannian Royal Society of Chemistry julkaisi kansainvälisen kilpailun selvittääkseen tieteellisen mysteerin "The Mpemba Effect" ja jonka palkintorahasto on 1000 puntaa. Määräajaksi asetettiin 30.7.2012. Voittaja oli Nikola Bregovik Zagrebin yliopiston laboratoriosta. Hän julkaisi työnsä, jossa hän analysoi aiempia yrityksiä selittää tätä ilmiötä ja tuli siihen tulokseen, että ne eivät olleet vakuuttavia. Hänen ehdottamansa malli perustuu veden perusominaisuuksiin. Kiinnostuneet voivat löytää töitä osoitteesta http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

Tutkimus ei päättynyt tähän. Vuonna 2013 singaporelaiset fyysikot osoittivat teoreettisesti Mepemba-ilmiön syyn. Teos löytyy osoitteesta http://arxiv.org/abs/1310.6514.

Aiheeseen liittyviä artikkeleita sivustolla:

Muut osion artikkelit

Kommentit:

Aleksei Mishnev. , 06.10.2012 04:14

Miksi kuuma vesi haihtuu nopeammin? Tutkijat ovat käytännössä todistaneet, että lasillinen kuumaa vettä jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi. Tiedemiehet eivät voi selittää tätä ilmiötä, koska he eivät ymmärrä ilmiöiden olemusta: lämpöä ja kylmää! Lämpö ja kylmä ovat fyysisiä tuntemuksia, jotka aiheutuvat aineen hiukkasten vuorovaikutuksesta avaruuden puolelta ja maan keskustasta liikkuvien magneettisten aaltojen vastapuristumisen muodossa. Siksi mitä suurempi tämän magneettisen jännitteen potentiaaliero on, sitä nopeammin energianvaihto suoritetaan menetelmällä, jolla yksi aalto tunkeutuu toiseen. Eli diffuusiolla! Vastauksena artikkeliini eräs vastustaja kirjoittaa: 1) "..Kuuma vesi haihtuu NOPEAMPI, minkä seurauksena sitä on vähemmän, joten se jäätyy nopeammin" Kysymys! Mikä energia saa veden haihtumaan nopeammin? 2) Artikkelissani puhumme lasista, emme puukaukalosta, jonka vastustaja mainitsee vasta-argumenttina. Mikä ei pidä paikkaansa! Vastaan ​​kysymykseen: "MISTÄ SYYTÄ VEDEN HÖYRYSTYMINEN LUONNOSSA?" Magneettiset aallot, jotka liikkuvat aina maan keskustasta avaruuteen ylittäen magneettisten puristusaaltojen vastapaineen (jotka liikkuvat aina avaruudesta maan keskipisteeseen), samalla suihkuttavat vesihiukkasia, siirtyessään avaruuteen , niiden määrä kasvaa. Eli laajentaa! Jos puristusmagneettiset aallot voitetaan, nämä vesihöyryt puristuvat (tiivistyvät) ja näiden magneettisten puristusvoimien vaikutuksesta vesi palaa maahan sateen muodossa! Ystävällisin terveisin! Aleksei Mishnev. 6. lokakuuta 2012.

Aleksei Mishnev. , 06.10.2012 04:19

Mikä on lämpötila. Lämpötila on magneettiaaltojen sähkömagneettisen jännityksen aste puristus- ja laajenemisenergialla. Näiden energioiden tasapainotilassa kehon tai aineen lämpötila on vakaassa tilassa. Jos näiden energioiden tasapainotila häiriintyy, laajenemisenergiaa kohti, kehon tai aineen tilavuus kasvaa. Jos magneettisten aaltojen energia ylittyy puristuksen suunnassa, kehon tai aineen tilavuus pienenee. Sähkömagneettisen jännityksen aste määräytyy vertailukappaleen laajenemis- tai supistumisasteen mukaan. Aleksei Mishnev.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Aleksei, puhut jostakin artikkelista, joka hahmottelee ajatuksesi lämpötilan käsitteestä. Mutta kukaan ei lukenut sitä. Anna minulle linkki. Yleisesti ottaen näkemyksesi fysiikasta ovat hyvin omituisia. En ole koskaan kuullut "vertailukappaleen sähkömagneettisesta laajenemisesta".

Juri Kuznetsov, 04.12.2012 12:32

Ehdotetaan hypoteesia, että tämä on molekyylien välisen resonanssin ja sen synnyttämien molekyylien välisen ponderomotorisen vetovoiman työ. Kylmässä vedessä molekyylit liikkuvat ja värähtelevät satunnaisesti eri taajuuksilla. Kun vettä lämmitetään, värähtelytaajuuden kasvaessa niiden alue kapenee (taajuusero nestemäisestä kuumasta vedestä höyrystymispisteeseen pienenee), molekyylien värähtelytaajuudet lähestyvät toisiaan, minkä seurauksena syntyy resonanssi molekyylien välillä. Jäähdytettynä tämä resonanssi säilyy osittain, se ei kuole heti pois. Yritä painaa toista kahdesta resonanssissa olevasta kitaran kielestä. Päästä nyt irti - merkkijono alkaa värähdellä uudelleen, resonanssi palauttaa sen värähtelyt. Joten jäätyneessä vedessä ulommat jäähdytetyt molekyylit yrittävät menettää värähtelyjen amplitudin ja taajuuden, mutta suonen sisällä olevat "lämpimät" molekyylit "vetävät" värähtelyjä takaisin, toimivat värähtelijöinä ja ulommat toimivat resonaattoreina. Juuri vibraattorien ja resonaattorien välissä syntyy ponderomotivein vetovoima*. Kun ponderomotorisesta voimasta tulee suurempi kuin molekyylien kineettisen energian aiheuttama voima (jotka eivät vain värähtele, vaan myös liikkuvat lineaarisesti), tapahtuu kiihtynyt kiteytyminen - "Mpemba-ilmiö". Ponderomotive-yhteys on erittäin epävakaa, Mpemba-ilmiö riippuu voimakkaasti kaikista mukana olevista tekijöistä: jäädytettävän veden tilavuudesta, sen lämmityksen luonteesta, jäätymisolosuhteista, lämpötilasta, konvektiosta, lämmönvaihto-olosuhteista, kaasukyllästymisestä, jäähdytysyksikön tärinästä , ilmanvaihto, epäpuhtaudet, haihtuminen jne. Ehkä jopa valaistuksesta... Siksi vaikutukselle on paljon selityksiä ja sitä on joskus vaikea toistaa. Samasta "resonoivasta" syystä keitetty vesi kiehuu nopeammin kuin keittämätön - resonanssi säilyttää jonkin aikaa keittämisen jälkeen vesimolekyylien värähtelyjen voimakkuuden (energiahäviö jäähdytyksen aikana johtuu pääasiassa molekyylien lineaarisen liikkeen kineettisen energian menetyksestä). Voimakkaassa kuumennuksessa vibraattorimolekyylit vaihtavat rooleja resonaattorimolekyylien kanssa jäätymiseen verrattuna - värähtelyjen taajuus on pienempi kuin resonaattoreiden taajuus, mikä tarkoittaa, että molekyylien välillä ei ole vetovoimaa, vaan hylkimistä, mikä nopeuttaa siirtymistä toiseen aggregaatiotila (pari).

Vlad, 11.12.2012 03:42

Rikkoi aivoni...

Anton , 04.02.2013 02:02

1. Onko tämä ponderomotive todella niin suuri, että se vaikuttaa lämmönsiirtoprosessiin? 2. Tarkoittaako tämä sitä, että kun kaikki kappaleet kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan, niiden rakenteelliset hiukkaset joutuvat resonanssiin? 3. Miksi tämä resonanssi häviää jäähtyessään? 4. Onko tämä sinun arvauksesi? Jos on lähde, ilmoita. 5. Tämän teorian mukaan astian muodolla on tärkeä rooli, ja jos se on ohut ja litteä, jäätymisajan ero ei ole suuri, ts. voit tarkistaa sen.

Gudrat , 11.03.2013 10:12 | METAK

Kylmässä vedessä on jo typpiatomeja ja vesimolekyylien väliset etäisyydet ovat lähempänä kuin kuumassa vedessä. Eli johtopäätös: Kuuma vesi imee typpiatomit nopeammin ja samalla se jäätyy nopeasti kuin kylmä vesi - tämä on verrattavissa raudan kovettumiseen, koska kuuma vesi muuttuu jääksi ja kuuma rauta kovettuu nopeasti jäähtyessään!

Vladimir , 13.3.2013 klo 6.50

tai ehkä tämä: kuuman veden ja jään tiheys on pienempi kuin kylmän veden tiheys, ja siksi veden ei tarvitse muuttaa tiheyttään, vaan se menettää jonkin aikaa ja jäätyy.

Aleksei Mishnev, 21.3.2013 klo 11.50

Ennen kuin puhutaan hiukkasten resonansseista, vetovoimasta ja värähtelyistä, on välttämätöntä ymmärtää ja vastata kysymykseen: Mitkä voimat saavat hiukkaset värähtelemään? Koska ilman kineettistä energiaa ei voi olla puristusta. Ilman pakkausta ei voi tapahtua laajentumista. Ilman laajenemista ei voi olla liike-energiaa! Kun alat puhua kielten resonanssista, yritit ensin saada yksi näistä kieleistä värähtelemään! Kun puhutaan vetovoimasta, sinun on ensinnäkin ilmoitettava voima, joka saa nämä kehot puoleensa! Vakuutan, että ilmakehän sähkömagneettinen energia puristaa kaikki kappaleet ja joka puristaa kaikki kappaleet, aineet ja alkuainehiukkaset 1,33 kg:n voimalla. ei per cm2, vaan alkeishiukkanen.Koska ilmakehän paine ei voi olla valikoiva!Älä sekoita sitä voiman määrään!

Dodik, 31.5.2013 02:59

Minusta näyttää siltä, ​​että olet unohtanut yhden totuuden - "Tiede alkaa siitä, missä mittaukset alkavat." Mikä on "kuuman" veden lämpötila? Mikä on "kylmän" veden lämpötila? Artikkelissa ei puhuta siitä sanaakaan. Tästä voimme päätellä - koko artikkeli on paskaa!

Grigory, 6.4.2013 klo 12:17

Dodik, ennen kuin nimittää artikkelia hölynpölyksi, täytyy ajatella oppiakseen ainakin vähän. Eikä vain mittaa.

Dmitry, 24.12.2013 10:57

Kuuman veden molekyylit liikkuvat nopeammin kuin kylmässä vedessä, minkä vuoksi niiden kanssa on tiiviimpi kosketus ympäristöön, ne näyttävät imevän kaiken kylmän nopeasti hidastuen.

Ivan, 10.01.2014 05:53

On yllättävää, että tällä sivustolla ilmestyi tällainen anonyymi artikkeli. Artikkeli on täysin epätieteellinen. Sekä kirjoittaja että kommentaattorit kilpailivat toistensa kanssa etsiessään selitystä ilmiölle vaivautumatta selvittämään, havaitaanko ilmiötä ollenkaan ja jos havaitaan, niin millä ehdoilla. Lisäksi ei ole edes yksimielisyyttä siitä, mitä me todella tarkkailemme! Joten kirjoittaja vaatii tarvetta selittää kuuman jäätelön nopean jäätymisen vaikutus, vaikka koko tekstistä (ja sanoista "vaikutus havaittiin jäätelökokeissa") seuraa, että hän ei itse perustanut sellaista. kokeiluja. Artikkelissa luetelluista ilmiön "selityksen" muunnelmista voidaan nähdä, että kuvataan täysin erilaisia ​​​​kokeita, jotka on asetettu erilaisia ​​ehtoja erilaisten kanssa vesiliuokset. Sekä selitysten olemus että niissä oleva subjunktiivinen tunnelma viittaavat siihen, että esitettyjen ajatusten edes alkeellista todentamista ei suoritettu. Joku kuuli vahingossa uteliaan tarinan ja ilmaisi satunnaisesti spekulatiivisen johtopäätöksensä. Olen pahoillani, mutta se ei ole fyysistä Tieteellinen tutkimus ja keskustelu tupakointihuoneessa.

Ivan , 10.1.2014 klo 6.10

Mitä tulee artikkelin kommentteihin rullien täyttämisestä kuumalla vedellä ja kylmällä pesuainesäiliöllä. Kaikki on yksinkertaista alkeisfysiikan näkökulmasta. Luistinrata täyttyy kuumalla vedellä, koska se jäätyy hitaammin. Jäähallin tulee olla tasainen ja tasainen. Yritä täyttää se kylmällä vedellä - saat kuoppia ja "tulvia", koska. vesi jäätyy _nopeasti_ ilman aikaa levitä tasaiseksi kerrokseksi. Ja kuuma ehtii levitä tasaiseksi kerrokseksi, ja se sulattaa olemassa olevat jää- ja lumikuhot. Pesukoneella ei myöskään ole vaikeaa: kaada puhdas vesi siinä ei ole järkeä pakkasessa - se jäätyy lasiin (jopa kuumana); ja kuuma pakkasneste voi aiheuttaa kylmän lasin halkeilua, ja lasi saa myös halkeilla kohonnut lämpötila jäätyminen johtuen alkoholien nopeutuneesta haihtumista, jotka ovat edelleen matkalla lasille (tietävätkö kaikki moonshine stillin toimintaperiaatteen? - alkoholi haihtuu, vesi jää).

Ivan , 10.1.2014 06:34

Mutta itse asiassa ilmiö, on typerää kysyä, miksi kaksi erilaista koetta eri olosuhteissa etenevät eri tavalla. Jos koe on asetettu puhtaasti, sinun on otettava kuuma ja kylmä vesi samasta kemiallinen koostumus- ota esijäähdytetty kiehuva vesi samasta kattilasta. Kaada identtisiin astioihin (esimerkiksi ohutseinäisiin lasiin). Emme laita lumelle, vaan samalle tasaiselle, kuivalle alustalle, esimerkiksi puupöydälle. Eikä mikropakastimessa, vaan riittävän tilavassa termostaatissa - tein kokeen pari vuotta sitten maassa, kun ulkona oli vakaa pakkassää, noin -25C. Vesi kiteytyy tietyssä lämpötilassa kiteytyslämmön vapautumisen jälkeen. Hypoteesi tiivistyy väitteeseen, että kuuma vesi jäähtyy nopeammin (tämä on totta, klassisen fysiikan mukaan lämmönsiirtonopeus on verrannollinen lämpötilaeroon), mutta säilyttää lisääntynyt nopeus jäähdytys myös silloin, kun sen lämpötila on yhtä suuri kuin kylmän veden lämpötila. Kysymys kuuluukin, miten ulkona +20C lämpötilaan jäähtynyt vesi eroaa täsmälleen samasta tuntia aiemmin +20C lämpötilaan jäähtyneestä, mutta huoneessa olevasta vedestä? Klassinen fysiikka (ei muuten perustu tupakkahuoneen puheeseen, vaan satoihin tuhansiin ja miljooniin kokeisiin) sanoo: kyllä, ei mitään, jatkojäähdytysdynamiikka on sama (vain kiehuva vesi saavuttaa +20 pisteen myöhemmin ). Ja koe osoittaa saman asian: kun lasissa aluksi kylmää vettä on jo kiinteä jääkuori, kuuma vesi ei edes ajatellut jäätymistä. P.S. Juri Kuznetsovin kommentteihin. Tietyn vaikutuksen olemassaoloa voidaan pitää todettuna, kun sen esiintymisen olosuhteet kuvataan ja se toistetaan vakaasti. Ja kun meillä on käsittämättömiä kokeita tuntemattomissa olosuhteissa, on ennenaikaista rakentaa teorioita niiden selityksestä, eikä tämä anna mitään tieteellinen näkökohta näkemys. P.P.S. No, Aleksei Mishnevin kommentteja on mahdotonta lukea ilman tunteiden kyyneleitä - ihminen elää jonkinlaisessa kuvitteellisessa maailmassa, jolla ei ole mitään tekemistä fysiikan ja todellisten kokeiden kanssa.

Grigory, 13.1.2014 klo 10:58

Ivan, ymmärrän, että kiistät Mpemba-ilmiön? Sitä ei ole olemassa, kuten kokeilusi osoittavat? Miksi se on niin kuuluisa fysiikassa, ja miksi monet yrittävät selittää sitä?

Ivan , 14.2.2014 klo 1.51

Hyvää iltapäivää, Gregory! Epäpuhtaasti lavastetun kokeen vaikutus on olemassa. Mutta kuten ymmärrät, tämä ei ole syy etsiä uusia malleja fysiikasta, vaan syy parantaa kokeilijan taitoa. Kuten kommenteissa jo totesin, kaikissa mainituissa "Mpemba-ilmiön" selittämisyrityksissä tutkijat eivät voi edes selkeästi ilmaista, mitä tarkalleen ja missä olosuhteissa he mittaavat. Ja haluatko sanoa, että nämä ovat kokeellisia fyysikoita? Älä naurata minua. Vaikutus ei tunneta fysiikassa, vaan pseudotieteellisissä keskusteluissa eri foorumeilla ja blogeissa, joista meri on nyt. Fysiikasta kaukana olevat ihmiset näkevät sen todellisena fyysisenä vaikutuksena (joidenkin uusien fysikaalisten lakien seurauksena, ei väärän tulkinnan tai vain myytin seurauksena). Joten ei ole mitään syytä puhua yhtenä fyysinen vaikutus täysin eri olosuhteissa tehtyjen erilaisten kokeiden tuloksista.

Pavel, 18.2.2014 09:59

hmm, kaverit... artikkeli "Speed ​​​​Infolle"... Ei pahalla... ;) Ivan on oikeassa kaikessa...

Gregory, 19.2.2014 klo 12:50

Ivan, olen samaa mieltä siitä, että nyt on paljon pseudotieteellisiä sivustoja, jotka julkaisevat vahvistamatonta sensaatiomateriaalia. Loppujen lopuksi Mpemban vaikutusta tutkitaan edelleen. Lisäksi yliopistojen tutkijat tekevät tutkimusta. Esimerkiksi vuonna 2013 tätä vaikutusta tutki Singaporen teknillisen yliopiston ryhmä. Katso linkki http://arxiv.org/abs/1310.6514. He uskovat löytäneensä selityksen tälle vaikutukselle. En kirjoita yksityiskohtaisesti löydön olemuksesta, mutta heidän mielestään vaikutus liittyy vetysidoksiin varastoituneiden energioiden eroihin.

Moiseeva N.P. , 19.2.2014 03:04

Kaikille Mpemba-ilmiön tutkimuksesta kiinnostuneille täydensin hieman artikkelin materiaalia ja annoin linkkejä, joista voit lukea uusimmat tulokset(katso teksti). Kiitos kommenteista.

Ildar , 24.02.2014 04:12 | ei ole mitään järkeä luetella kaikkea

Jos tämä Mpemba-ilmiö todella tapahtuu, niin selitystä täytyy mielestäni etsiä veden molekyylirakenteesta. Vesi (kuten olen oppinut populaaritieteellisestä kirjallisuudesta) ei ole olemassa yksittäisinä H2O-molekyyleina, vaan useiden molekyylien (jopa kymmenien) klustereina. Veden lämpötilan noustessa molekyylien liikkumisnopeus kasvaa, klusterit hajoavat toisiaan vastaan ​​ja molekyylien valenssisidokset eivät ehdi koota suuria klustereita. Klusterien muodostaminen vie hieman enemmän aikaa kuin molekyylien nopeuden hidastaminen. Ja koska klusterit ovat pienempiä, kidehilan muodostuminen on nopeampaa. Kylmässä vedessä ilmeisesti suuret, melko vakaat klusterit estävät hilan muodostumisen, niiden tuhoutuminen kestää jonkin aikaa. Itse näin televisiosta omituisen vaikutuksen, kun kylmä vesi, joka seisoi hiljaa purkissa, pysyi nesteenä useita tunteja kylmässä. Mutta heti kun purkki nostettiin, eli siirrettiin hieman paikaltaan, vesi purkissa välittömästi kiteytyi, muuttui läpinäkymättömäksi ja purkki räjähti. No, pappi, joka osoitti tämän vaikutuksen, selitti sen sillä, että vesi oli pyhitetty. Muuten käy ilmi, että vesi muuttaa viskositeettiaan suuresti lämpötilasta riippuen. Me suurina olentoina emme huomaa tätä, mutta pienten (mm ja vähemmän) äyriäisten ja vielä enemmän bakteerien tasolla veden viskositeetti on erittäin merkittävä tekijä. Tämän viskositeetin mielestäni antaa myös vesiklusterien koko.

HARMAA, 15.3.2014 klo 5.30

kaikki näkemämme ympärillä on pinnan ominaisuuksia (ominaisuuksia), joten otamme energiaksi vain sen, minkä voimme mitata tai todistaa olemassaolon millään tavalla, muuten se on umpikuja. Tämä ilmiö, Mpemba-ilmiö, voidaan selittää vain yksinkertaisella volyymiteorialla, joka yhdistää kaikki fyysiset mallit yhdeksi vuorovaikutusrakenteeksi. itse asiassa se on yksinkertaista

Nikita, 6.6.2014 04:27 | auto

mutta kuinka saada vesi pysymään kylmänä eikä lämpimänä, kun menet autoon!

Aleksei, 03.10.2014 01:09

Ja tässä on toinen "löytö", liikkeellä. Muovipullossa oleva vesi jäätyy paljon nopeammin avoimella tulpalla. Hauskuuden vuoksi kokeilin monta kertaa kovassa pakkasessa. Vaikutus on ilmeinen. Hei teoreetikot!

Eugene, 27.12.2014 08:40

Haihdutusjäähdyttimen periaate. Otamme kaksi hermeettisesti suljettua pulloa kylmällä ja kuumalla vedellä. Laitoimme sen kylmään. Kylmä vesi jäätyy nopeammin. Nyt otetaan samat pullot kylmällä ja kuumalla vedellä, avataan ja laitetaan kylmään. Kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi. Jos otamme kaksi allasta kylmällä ja kuumalla vedellä, kuuma vesi jäätyy paljon nopeammin. Tämä johtuu siitä, että lisäämme yhteyttä ilmakehään. Mitä voimakkaampi haihdutus, sitä nopeammin lämpötila laskee. Tässä on mainittava kosteustekijä. Mitä pienempi kosteus, sitä voimakkaampi haihtuminen ja sitä voimakkaampi jäähdytys.

harmaa TOMSK, 1.3.2015 10:55

GREY, 15.03.2014 05:30 - jatkuu Se, mitä tiedät lämpötilasta, ei ole kaikki kaikessa. On jotain muutakin. Jos muodostat oikein fyysisen lämpötilamallin, siitä tulee avain kuvaamaan energiaprosesseja diffuusiosta, sulamisesta ja kiteytymisestä sellaisiin mittakaavaihin kuin lämpötilan nousu paineen noustessa, paineen nousu lämpötilan nousun myötä. Jopa Auringon energian fyysinen malli tulee selväksi yllä olevasta. Olen talvella. . alkukeväällä 20013 lämpötilamallien tarkastelun jälkeen tein yleisen lämpötilamallin. Muutaman kuukauden kuluttua muistin lämpötilaparadoksin, ja sitten tajusin... että lämpötilamallini kuvaa myös Mpemba-paradoksia. Tämä oli touko-kesäkuussa 2013. Vuoden myöhässä, mutta se on parasta. Fyysinen mallini on jäädytetty kehys ja sitä voidaan vierittää sekä eteen- että taaksepäin ja siinä on toiminnan motorisia taitoja, juuri sitä toimintaa, jossa kaikki liikkuu. Minulla on 8 koululuokkaa ja 2 vuotta yliopistoa aiheen toistolla. 20 vuotta on kulunut. Joten en voi antaa minkäänlaisia ​​kuuluisien tiedemiesten fyysisiä malleja, enkä kaavoja. Anteeksi.

Andrei, 08.11.2015 08:52

Yleisesti ottaen minulla on käsitys siitä, miksi kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi. Ja selityksissäni kaikki on hyvin yksinkertaista, jos olet kiinnostunut, kirjoita minulle sähköpostia: [sähköposti suojattu]

Andrey , 08.11.2015 08:58

Anteeksi, annoin väärän postilaatikon, tässä on oikea sähköpostiosoite: [sähköposti suojattu]

Victor, 23.12.2015 klo 10:37

Minusta näyttää siltä, ​​​​että kaikki on yksinkertaisempaa, lunta sataa kanssamme, se on haihtunutta kaasua, jäähtynyt, joten ehkä pakkasessa se jäähtyy nopeammin kuumana, koska se haihtuu ja kiteytyy välittömästi kaukana noususta, ja vesi kaasumaisessa tilassa jäähtyy nopeammin kuin nesteessä )

Bekzhan, 28.1.2016 klo 9.18

Vaikka joku paljastaisi nämä tähän vaikutukseen liittyvät maailman lait, hän ei kirjoittaisi tänne. Minun näkökulmastani ei olisi loogista paljastaa salaisuuksiaan Internetin käyttäjille, kun hän voi julkaista sen kuuluisissa tieteellisissä lehdissä ja todista se itse kansan edessä. Joten mitä tästä vaikutuksesta täällä kirjoitetaan, kaikki tämä enemmistö ei ole loogista.)))

Alex, 22.2.2016 12:48 PM

Hei kokeilijat Olet oikeassa sanoessasi, että tiede alkaa siitä, missä... ei mittauksista, vaan laskelmista. "Kokeilu" - ikuinen ja välttämätön argumentti niille, joilla ei ole mielikuvitusta ja lineaarista ajattelua Loukkasi kaikkia, nyt E \u003d mc2:n tapauksessa - muistavatko kaikki? Kylmästä vedestä ilmakehään lentävien molekyylien nopeus määrää niiden vedestä pois kuljettaman energian määrän (jäähdytys - energiahäviö) Kuumasta vedestä lähtevien molekyylien nopeus on paljon suurempi ja poistuva energia neliöityy ( jäljellä olevan vesimassan jäähdytys) Siinä kaikki, jos poistut "kokeilusta" ja muistat Perusasiat Tiede

Vladimir , 25.4.2016 10:53 | Meteo

Niinä päivinä, jolloin pakkasneste oli harvinaisuus, autojen jäähdytysjärjestelmästä vesi tyhjennettiin autokannan lämmittämättömässä tallissa työpäivän jälkeen, jotta sylinterilohko tai jäähdytin ei sulaisi - joskus molemmat yhdessä. Aamulla kaadettiin kuumaa vettä. Kovassa pakkasessa moottorit käynnistyivät ilman ongelmia. Jotenkin kuuman veden puutteen vuoksi vettä kaadettiin hanasta. Vesi jäätyi heti. Kokeilu oli kallis - täsmälleen yhtä paljon kuin ZIL-131-auton sylinterilohkon ja jäähdyttimen ostaminen ja vaihtaminen maksaa. Joka ei usko, tarkistakoon. ja Mpemba kokeili jäätelöä. Jäätelössä kiteytyminen etenee eri tavalla kuin vedessä. Yritä purra hampaillasi pala jäätelöä ja jääpalaa. Todennäköisesti se ei jäätynyt, vaan paksuuntui jäähtymisen seurauksena. Ja makea vesi, olipa se kuumaa tai kylmää, jäätyy 0*C:ssa. Kylmä vesi on nopeaa, mutta kuuma vesi tarvitsee aikaa jäähtyä.

Wanderer , 06.05.2016 12:54 | Alexille

"c" - valon nopeus tyhjiössä E=mc^2 - massan ja energian ekvivalenssia ilmaiseva kaava

Albert , 27.7.2016 klo 8.22

Ensinnäkin analogia kanssa kiinteät ruumiit(haihdutusprosessia ei ole). Hiljattain juotetut kupariset vesiputket. Prosessi tapahtuu kuumentamalla kaasupoltin juotteen sulamislämpötilaan. Yhden liitoksen lämmitysaika kytkimen kanssa on noin minuutti. Juotin yhden liitoksen kytkimellä ja parin minuutin kuluttua tajusin, että juotin sen väärin. Kesti vähän rullata putkea liittimessä. Aloin lämmittää saumaa uudelleen polttimella ja yllättäen liitoksen lämpeneminen sulamispisteeseen kesti 3-4 minuuttia. Kuinka niin!? Loppujen lopuksi putki on edelleen kuuma ja näyttää siltä, ​​​​että sen lämmittämiseen sulamispisteeseen tarvitaan paljon vähemmän energiaa, mutta kaikki osoittautui päinvastoin. Kyse on lämmönjohtavuudesta, joka on paljon korkeampi jo lämmitetyllä putkella ja lämmitetyn ja kylmän putken välinen raja onnistui siirtymään kauas risteyksestä kahdessa minuutissa. Nyt vedestä. Toimimme kuuma- ja puolilämmitetyn astian käsitteillä. Kuumassa astiassa kuumien, erittäin liikkuvien hiukkasten ja hitaasti liikkuvien, kylmien hiukkasten välille muodostuu kapea lämpötilaraja, joka liikkuu suhteellisen nopeasti reunalta keskustaan, koska tällä rajalla nopeat hiukkaset luovuttavat nopeasti energiansa (viileä ) rajan toisella puolella olevilla hiukkasilla. Koska ulkoisten kylmien hiukkasten tilavuus on suurempi, nopeat hiukkaset antavat oman lämpöenergia, ei voi merkittävästi lämmittää ulompia kylmiä hiukkasia. Siksi kuuman veden jäähdytysprosessi tapahtuu suhteellisen nopeasti. Puolilämmitetyllä vedellä sen sijaan lämmönjohtavuus on paljon pienempi, ja puolikuumennetun ja kylmän hiukkasen välisen rajan leveys on paljon leveämpi. Siirtyminen tällaisen leveän rajan keskelle tapahtuu paljon hitaammin kuin kuuman astian tapauksessa. Tämän seurauksena kuuma astia jäähtyy nopeammin kuin lämmin. Mielestäni on välttämätöntä seurata erilämpöisten vesien jäähtymisprosessin dynamiikkaa sijoittamalla useita lämpötila-antureita astian keskeltä reunaan.

Max , 19.11.2016 05:07

Se on todennettu: Jamalissa, pakkasessa, kuumalla vedellä putki jäätyy ja se on lämmitettävä, mutta ei kylmä!

Artem, 09.12.2016 01:25

Se on vaikeaa, mutta mielestäni kylmä vesi on tiheämpää kuin kuuma vesi, jopa parempi kuin keitetty vesi, ja sitten jäähtyminen kiihtyy, ts. kuuma vesi saavuttaa kylmän lämpötilan ja ohittaa sen, ja jos otat huomioon sen, että kuuma vesi jäätyy alhaalta eikä ylhäältä, kuten yllä kirjoitetaan, tämä nopeuttaa prosessia huomattavasti!

Aleksanteri Sergejev, 21.08.2017 10:52

Sellaista vaikutusta ei ole. Valitettavasti. Aiheesta julkaistiin vuonna 2016 Naturessa yksityiskohtainen artikkeli: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect Siitä on selvää, että jos kokeet tehdään huolellisesti (jos lämpimän ja kylmän veden näytteet ovat sama kaikessa paitsi lämpötilassa), vaikutusta ei havaita .

Headlab, 22.8.2017 05:31

Victor, 27.10.2017 03:52

"Se todella on." - jos koulu ei ymmärtänyt mitä lämpökapasiteetti ja energian säilymislaki ovat. Se on helppo tarkistaa - tähän tarvitset: halun, pään, kädet, vettä, jääkaapin ja herätyskellon. Ja luistinradat, kuten asiantuntijat kirjoittavat, jäädytetään (täytetään) kylmällä vedellä, ja lämpimällä vedellä ne tasoittavat leikatun jään. Ja talvella sinun täytyy kaataa pakkasnestettä pesukonesäiliöön, ei vettä. Vesi jäätyy joka tapauksessa, ja kylmä vesi jäätyy nopeammin.

Irina, 23.1.2018 10:58

Tiedemiehet kaikkialla maailmassa ovat kamppailleet tämän paradoksin kanssa Aristoteleen ajoista lähtien, ja Viktor, Zavlab ja Sergeev osoittautuivat älykkäimmiksi.

Denis, 1.2.2018 8:51

Kaikki on oikein artikkelissa. Mutta syy on hieman erilainen. Kiehumisprosessissa siihen liuennut ilma haihtuu vedestä, joten kiehuvan veden jäähtyessä sen tiheys on pienempi kuin saman lämpötilan raakaveden tiheys. Erilaiselle lämmönjohtavuudelle ei ole muita syitä kuin erilainen tiheys.

Headlab, 3.1.2018 08:58 | päälaboratorio

Irina :), "koko maailman tutkijat" eivät taistele tätä "paradoksia", todellisille tutkijoille tätä "paradoksia" ei yksinkertaisesti ole olemassa - tämä on helppo tarkistaa hyvin toistettavissa olosuhteissa. "Paradoksi" ilmestyi afrikkalaisen pojan Mpemban toistamattomien kokeiden vuoksi, ja samanlaiset "tieteilijät" paisuivat sitä :)

Monet tutkijat ovat esittäneet ja esittävät omia versioitaan siitä, miksi kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi. Se vaikuttaisi paradoksilta - loppujen lopuksi kuuman veden on ensin jäähdyttävä jäätyäkseen. Tosiasia kuitenkin pysyy, ja tutkijat selittävät sen eri tavoin.

Tärkeimmät versiot

Tällä hetkellä on olemassa useita versioita, jotka selittävät tämän tosiasian:

1. Koska kuumassa vedessä haihtuminen on nopeampaa, sen tilavuus pienenee. Pienempi määrä samanlämpöistä vettä jäätyy nopeammin.
2. Jääkaapin pakastinosastossa on lumivuori. Kuumaa vettä sisältävä astia sulattaa lumen alla. Tämä parantaa lämpökosketusta pakastimeen.
3. Kylmän veden jäätyminen, toisin kuin kuuma, alkaa ylhäältä. Tässä tapauksessa konvektio ja lämpösäteily ja siten lämpöhäviö pahenevat.
4. Kylmässä vedessä on kiteytyskeskuksia - siihen liuenneita aineita. Niiden pienellä pitoisuudella vedessä jäätyminen on vaikeaa, vaikka samalla sen hypotermia on mahdollista - kun se on nestemäisessä tilassa pakkasen lämpötiloissa.

Vaikka se on reilua sanoa tämä vaikutus ei aina huomioitu. Kylmä vesi jäätyy usein nopeammin kuin kuuma vesi.

Missä lämpötilassa vesi jäätyy

Miksi vesi ylipäätään jäätyy? Se sisältää tietyn määrän mineraali- tai orgaanisia hiukkasia. Nämä voivat olla esimerkiksi erittäin hienoja hiekan, pölyn tai saven hiukkasia. Kun ilman lämpötila laskee, näistä hiukkasista tulee keskuksia, joiden ympärille muodostuu jääkiteitä.

Kiteytysytimien roolia voivat hoitaa myös ilmakuplat ja halkeamat vettä sisältävässä säiliössä. Veden jääksi muuttamisprosessin nopeuteen vaikuttaa suuresti tällaisten keskusten lukumäärä - jos niitä on paljon, neste jäätyy nopeammin. Normaaleissa olosuhteissa, normaalissa ilmanpaineessa, vesi siirtyy kiinteään tilaan nesteestä 0 asteen lämpötilassa.

Mpemba-efektin ydin

Mpemba-ilmiö ymmärretään paradoksina, jonka ydin on, että kuuma vesi jäätyy tietyissä olosuhteissa nopeammin kuin kylmä vesi. Tämän ilmiön huomasivat Aristoteles ja Descartes. Kuitenkin vasta vuonna 1963 Erasto Mpemba, koulupoika Tansaniasta, totesi, että kuuma jäätelö jäätyy yli lyhyt aika kuin kylmä. Hän teki tällaisen johtopäätöksen suorittaessaan ruoanlaittotehtävää.

Hänen piti liuottaa sokeria keitettyyn maitoon ja jäähdyttämisen jälkeen laittaa se jääkaappiin jäätymään. Ilmeisesti Mpemba ei eronnut erityisestä huolellisuudesta ja aloitti tehtävän ensimmäisen osan myöhässä. Siksi hän ei odottanut maidon jäähtymistä, vaan laittoi sen jääkaappiin kuumana. Hän oli hyvin yllättynyt, kun se jäätyi jopa nopeammin kuin hänen luokkatovereidensa, jotka tekivät työn annetun tekniikan mukaisesti.

Tämä tosiasia kiinnosti nuorta miestä kovasti, ja hän aloitti kokeita puhtaalla vedellä. Physics Education -lehti julkaisi vuonna 1969 Mpemban ja Dar es Salaamin yliopiston professori Dennis Osbornin tutkimustulokset. Heidän kuvailemansa vaikutelma sai nimen Mpemba. Ilmiölle ei kuitenkaan vielä tänä päivänä ole selkeää selitystä. Kaikki tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että päärooli tässä on jäähdytetyn ja kuuman veden ominaisuuksien erot, mutta mitä tarkalleen ei tiedetä.

Singaporen versio

Erään Singaporen yliopiston fyysikot olivat myös kiinnostuneita kysymyksestä, kumpi vesi jäätyy nopeammin - kuuma vai kylmä? Xi Zhangin johtama tutkijaryhmä selitti tämän paradoksin juuri veden ominaisuuksilla. Kaikki tietävät edelleen veden koostumuksen koulusta - happiatomi ja kaksi vetyatomia. Happi vety jossain määrin elektroneja vedystä, joten molekyyli on tietynlainen "magneetti".

Tämän seurauksena tietyt vedessä olevat molekyylit vetäytyvät hieman toisiinsa ja niitä yhdistää vetysidos. Sen lujuus on monta kertaa pienempi kuin kovalenttisen sidoksen. Singaporelaiset tutkijat uskovat, että Mpemba-paradoksin selitys piilee juuri vetysidoksissa. Jos vesimolekyylit sijoitetaan hyvin lähelle toisiaan, niin vahva molekyylien välinen vuorovaikutus voi muuttaa kovalenttista sidosta itse molekyylin keskellä.

Mutta kun vettä kuumennetaan, sitoutuneet molekyylit siirtyvät hieman poispäin toisistaan. Tämän seurauksena kovalenttisten sidosten relaksaatio tapahtuu molekyylien keskellä, kun ylimääräinen energia palaa ja siirtyy alimmalle energiatasolle. Tämä johtaa siihen, että kuuma vesi alkaa jäähtyä nopeasti. Ainakin singaporelaisten tutkijoiden tekemät teoreettiset laskelmat osoittavat tämän.

Instant Water Freeze - 5 uskomatonta temppua: Video

British Royal Society of Chemistry tarjoaa 1 000 punnan palkkion jokaiselle, joka pystyy tieteellisesti selittämään, miksi kuuma vesi jäätyy joissakin tapauksissa nopeammin kuin kylmä vesi.

"Nykyaikainen tiede ei vieläkään voi vastata tähän näennäisesti yksinkertaiseen kysymykseen. Jäätelöntekijät ja baarimikot käyttävät tätä vaikutusta päivittäisessä työssään, mutta kukaan ei tiedä, miksi se toimii. Tämä ongelma on ollut tiedossa vuosituhansia, ja filosofit, kuten Aristoteles ja Descartes, ovat pohtineet sitä”, sanoi professori David Philips, British Royal Society of Chemistryn puheenjohtaja, seuran lehdistötiedotteessa.

Kuinka afrikkalainen kokki voitti brittiläisen fysiikan professorin

Tämä ei ole aprillipila, vaan ankara fyysinen todellisuus. Nykypäivän tiede, joka toimii helposti galakseilla ja mustilla aukoilla, rakentaen jättimäisiä kiihdyttimiä etsimään kvarkeja ja bosoneja, ei voi selittää, kuinka alkuainevesi "toimii". Koulukirjassa todetaan yksiselitteisesti, että kuuman ruumiin jäähdyttämiseen kuluu enemmän aikaa kuin kylmän ruumiin jäähdyttämiseen. Mutta veden osalta tätä lakia ei aina noudateta. Aristoteles kiinnitti huomion tähän paradoksiin 4. vuosisadalla eKr. e. Tässä on mitä antiikin kreikkalainen kirjoitti kirjassa "Meteorologica I": "Se, että vesi on esilämmitetty, edistää sen jäätymistä. Siksi monet ihmiset, kun he haluavat nopeasti jäähdyttää kuumaa vettä, laittavat sen ensin aurinkoon ... ”Keskiajalla Francis Bacon ja Rene Descartes yrittivät selittää tämän ilmiön. Valitettavasti eivät suuret filosofit tai lukuisat klassista lämpöfysiikkaa kehittäneet tiedemiehet onnistuneet tässä, ja siksi tällainen epämiellyttävä tosiasia "unohtui" pitkään.

Ja vasta vuonna 1968 he "muistivat" tansanialaisen koulupoika Erasto Mpemban ansiosta, kaukana mistään tieteestä. Vuonna 1963 13-vuotias Mpembe sai tehtäväkseen valmistaa jäätelöä keittokoulussa opiskellessaan. Tekniikan mukaan oli tarpeen keittää maito, liuottaa siihen sokeri, jäähdyttää se huoneenlämpötilaan ja laittaa sitten jääkaappiin jäätymään. Ilmeisesti Mpemba ei ollut ahkera opiskelija ja epäröi. Hän pelkäsi, ettei hän ehtisi oppitunnin loppuun mennessä, joten hän laittoi vielä kuuman maidon jääkaappiin. Hänen yllätyksekseen se jäätyi jopa aikaisemmin kuin hänen toveriensa maito, joka oli valmistettu kaikkien sääntöjen mukaan.

Kun Mpemba jakoi löytönsä fysiikan opettajalle, hän pilkkasi häntä koko luokan edessä. Mpemba muisti loukkauksen. Viisi vuotta myöhemmin hän oli jo Dar es Salaamin yliopiston opiskelijana kuuluisan fyysikon Denis G. Osbornin luennolla. Luennon jälkeen hän esitti tiedemiehelle kysymyksen: "Jos otat kaksi identtistä astiaa, joissa on sama määrä vettä, toinen 35 °C:ssa (95 °F) ja toinen 100 °C:ssa (212 °F), ja laitat ne pakastimessa, niin kuumassa astiassa oleva vesi jäätyy nopeammin. Miksi?" Voit kuvitella brittiprofessorin reaktion jumalan hylkäämästä Tansaniasta kotoisin olevan nuoren miehen kysymykseen. Hän pilkkasi opiskelijaa. Mpemba oli kuitenkin valmis tällaiseen vastaukseen ja haastoi tiedemiehen vetoon. Heidän väitteensä huipentui kokeelliseen testiin, joka osoitti, että Mpemba oli oikeassa ja Osborne voitti. Niinpä opiskelija-keittiö kirjoitti nimensä tieteen historiaan, ja tästä lähtien tätä ilmiötä kutsutaan "Mpemba-ilmiöksi". Sen hylkääminen, sen julistaminen "olemattomaksi" ei toimi. Ilmiö on olemassa, ja kuten runoilija kirjoitti, "ei hampaassa jalan kanssa".

Ovatko pölyhiukkaset ja liuenneet aineet syyllisiä?

Vuosien varrella monet ovat yrittäneet selvittää veden jäätymisen mysteeriä. Tälle ilmiölle on ehdotettu monia selityksiä: haihtuminen, konvektio, liuenneiden aineiden vaikutus - mutta mitään näistä tekijöistä ei voida pitää lopullisena. Useat tiedemiehet omistivat koko elämänsä Mpemba-ilmiölle. Säteilyturvallisuusosaston työntekijä valtion yliopisto New York - James Brownridge - sisään vapaa-aika on tutkinut paradoksia jo yli vuosikymmenen ajan. Suoritettuaan satoja kokeita tiedemies väittää, että hänellä on todisteita hypotermian "syyllisyydestä". Brownridge selittää, että 0 °C:ssa vesi vain jäähtyy ja alkaa jäätyä, kun lämpötila laskee alle. Jäätymispistettä säätelevät veden epäpuhtaudet - ne muuttavat jääkiteiden muodostumisnopeutta. Epäpuhtauksilla, ja nämä ovat pölyhiukkasia, bakteereja ja liuenneita suoloja, on tyypillinen ydintymislämpötilansa, kun jääkiteitä muodostuu kiteytyskeskusten ympärille. Kun vedessä on samanaikaisesti useita alkuaineita, jäätymispiste määräytyy sen mukaan, jonka ytimen muodostumislämpötila on korkein.

Kokeeseen Brownridge otti kaksi näytettä samassa lämpötilassa olevaa vettä ja laittoi ne pakastimeen. Hän havaitsi, että yksi näytteistä jäätyy aina ennen toista - oletettavasti erilaisen epäpuhtauksien yhdistelmän vuoksi.

Brownridge väittää, että kuuma vesi jäähtyy nopeammin enemmän eroa veden ja pakastimen lämpötilojen välillä - tämä auttaa sitä saavuttamaan jäätymispisteensä ennen kuin kylmä vesi saavuttaa luonnollisen jäätymispisteensä, joka on vähintään 5 °C alempi.

Brownridgen päättely herättää kuitenkin monia kysymyksiä. Siksi niillä, jotka pystyvät selittämään Mpemba-ilmiön omalla tavallaan, on mahdollisuus kilpailla tuhannesta punnista British Royal Society of Chemistrystä.

Hei rakkaat rakastajat mielenkiintoisia seikkoja. Tänään puhumme aiheesta. Mutta mielestäni otsikon kysymys voi tuntua yksinkertaisesti absurdilta - mutta pitäisikö aina täysin luottaa pahamaineiseen" maalaisjärkeä”, tiukasti määritellyn vahvistuskokeilun sijaan. Yritetään selvittää, miksi kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi?

Historiallinen viittaus

Aristoteleen teoksissa mainittiin kylmän ja kuuman veden jäätymisen yhteydessä "kaikki ei ole puhdasta", sitten samanlaisia ​​huomautuksia tekivät F. Bacon, R. Descartes ja J. Black. Lähihistoriassa tähän on liitetty nimi "Mpemba-paradoksi" - tanganyikalaisen koulupojan Erasto Mpemba -nimen mukaan, joka kysyi saman kysymyksen vierailevalle fysiikan professorille.

Pojan kysymys ei syntynyt tyhjästä, vaan puhtaasti henkilökohtaisista havainnoista jäätelöseosten jäähdytysprosessista keittiössä. Tietenkin luokkatoverit, jotka olivat paikalla, yhdessä koulun opettaja Mpembaa pilkattiin – professori D. Osbornen henkilökohtaisesti tekemän kokeellisen tarkastuksen jälkeen halu pilata Erastoa "haihtui" heistä. Lisäksi Mpemba julkaisi yhdessä professorin kanssa yksityiskohtaisen kuvauksen tästä vaikutuksesta vuonna 1969 Physics Educationissa - ja siitä lähtien yllä oleva nimi on kiinnitetty tieteelliseen kirjallisuuteen.

Mikä on ilmiön ydin?

Kokeen asetelma on varsin yksinkertainen: muiden asioiden ollessa samat, testataan identtisiä ohutseinäisiä astioita, joissa on tiukasti yhtä paljon vettä, jotka eroavat vain lämpötilaltaan. Astiat ladataan jääkaappiin, minkä jälkeen kirjataan aika ennen jään muodostumista kussakin niistä. Paradoksi on, että astiassa, jossa on alun perin kuumempi neste, tämä tapahtuu nopeammin.

Miten moderni fysiikka selittää tämän?

Paradoksille ei ole yleispätevää selitystä, koska useat rinnakkaiset prosessit etenevät yhdessä, joiden osuus voi poiketa tietyistä alkuehdoista - mutta yhtenäisellä tuloksella:

• nesteen kyky ylijäähtyä - aluksi kylmä vesi on alttiimpi hypotermialle, ts. pysyy nestemäisenä, kun sen lämpötila on jo jäätymispisteen alapuolella
• nopeutettu jäähdytys - kuuman veden höyry muuttuu jäämikrokiteiksi, jotka putoaessaan takaisin nopeuttavat prosessia toimien ylimääräisenä "ulkoisena lämmönvaihtimena"
• eristysvaikutus - toisin kuin kuuma vesi, kylmä vesi jäätyy ylhäältä, mikä johtaa lämmönsiirron vähenemiseen konvektiolla ja säteilyllä

On olemassa useita muita selityksiä (viimeksi kilpailun parhaasta hypoteesista järjesti British Royal Society of Chemistry äskettäin, vuonna 2012) - mutta silti ei ole olemassa yksiselitteistä teoriaa kaikille syöttöehtojen yhdistelmille ...

21.11.2017 11.10.2018 Aleksanteri Firtsev

« Kumpi vesi jäätyy nopeammin kylmänä vai kuumana?”- yritä kysyä ystäviltäsi kysymys, todennäköisesti useimmat vastaavat, että kylmä vesi jäätyy nopeammin - ja tekevät virheen.

Itse asiassa, jos laitat pakastimeen samanaikaisesti kaksi samanmuotoista ja tilavuudeltaan samanlaista astiaa, joista toinen sisältää kylmää vettä ja toinen kuumaa, kuuma vesi jäätyy nopeammin.

Tällainen lausunto voi tuntua absurdilta ja kohtuuttomalta. Loogisesti ajatellen kuuman veden tulee ensin jäähtyä kylmään lämpötilaan, ja kylmän veden pitäisi muuttua jo tässä vaiheessa jääksi.

Joten miksi kuuma vesi ohittaa kylmän veden matkalla jäätymään? Yritetään selvittää se.

Havaintojen ja tutkimuksen historia

Ihmiset ovat havainneet paradoksaalista vaikutusta muinaisista ajoista lähtien, mutta kukaan ei ole antanut sitä erityinen merkitys. Joten epäjohdonmukaisuudet kylmän ja kuuman veden jäätymisnopeudessa panivat muistiinpanoihinsa Arestotel, samoin kuin Rene Descartes ja Francis Bacon. epätavallinen ilmiö näkyy usein jokapäiväisessä elämässä.

Pitkään aikaan ilmiötä ei tutkittu millään tavalla, eikä se herättänyt suurta kiinnostusta tutkijoiden keskuudessa.

Epätavallisen vaikutuksen tutkiminen alkoi vuonna 1963, kun utelias tansanialainen opiskelija Erasto Mpemba huomasi, että kuuma jäätelömaito jäätyy nopeammin kuin kylmä maito. Toivoen saavansa selityksen epätavallisen vaikutuksen syistä nuori mies kysyi fysiikan opettajaltaan koulussa. Opettaja kuitenkin vain nauroi hänelle.

Mpemba toisti myöhemmin kokeen, mutta kokeessaan hän ei enää käyttänyt maitoa, vaan vettä, ja paradoksaalinen vaikutus toistettiin uudelleen.

Kuusi vuotta myöhemmin, vuonna 1969, Mpemba esitti tämän kysymyksen fysiikan professori Dennis Osbornelle, joka tuli hänen kouluunsa. Professori oli kiinnostunut nuoren miehen havainnosta, minkä seurauksena suoritettiin koe, joka vahvisti vaikutuksen olemassaolon, mutta tämän ilmiön syitä ei voitu vahvistaa.

Siitä lähtien ilmiötä on kutsuttu ns Mpemba vaikutus.

Tieteellisten havaintojen historian aikana ilmiön syistä on esitetty monia hypoteeseja.

Joten vuonna 2012 British Royal Society of Chemistry julistaisi hypoteesikilpailun Mpemba-ilmiön selittämiseksi. Kilpailuun osallistui tutkijoita kaikkialta maailmasta, yhteensä 22 000 ilmoittautunutta tieteellisiä töitä. Huolimatta niin vaikuttavasta määrästä artikkeleita, mikään niistä ei selventänyt Mpemba-paradoksia.

Yleisin versio oli, jonka mukaan kuuma vesi jäätyy nopeammin, koska se yksinkertaisesti haihtuu nopeammin, sen tilavuus pienenee ja tilavuuden pienentyessä sen jäähtymisnopeus kasvaa. Yleisin versio lopulta kumottiin, koska tehtiin koe, jossa haihtuminen suljettiin pois, mutta vaikutus kuitenkin vahvistettiin.

Muut tutkijat uskoivat, että syynä Mpemba-ilmiöön on veteen liuenneiden kaasujen haihtuminen. Heidän mielestään lämmitysprosessin aikana veteen liuenneet kaasut haihtuvat, minkä vuoksi se saavuttaa suuremman tiheyden kuin kylmä vesi. Kuten tiedetään, tiheyden kasvu johtaa muutokseen fyysiset ominaisuudet vettä (lisää lämmönjohtavuutta) ja lisää siten jäähdytysnopeutta.

Lisäksi on esitetty useita hypoteeseja, jotka kuvaavat veden kiertonopeutta lämpötilan funktiona. Monissa tutkimuksissa on yritetty selvittää niiden säiliöiden materiaalien välistä suhdetta, joissa neste oli. Monet teoriat vaikuttivat erittäin uskottavilta, mutta niitä ei voitu vahvistaa tieteellisesti alkutietojen puutteen, muiden kokeiden ristiriitaisuuksien vuoksi tai johtuen siitä, että tunnistetut tekijät eivät yksinkertaisesti olleet verrattavissa vesijäähdytysnopeuteen. Jotkut tutkijat töissään kyseenalaistivat vaikutuksen olemassaolon.

Vuonna 2013 Singaporen Nanyangin teknillisen yliopiston tutkijat väittivät ratkaisseensa Mpemba-ilmiön mysteerin. Heidän tutkimuksensa mukaan ilmiön syynä on se, että kylmän ja kuuman veden molekyylien välisiin vetysidoksiin varastoidun energian määrä vaihtelee merkittävästi.

menetelmät tietokonesimulaatio näytti seuraavat tulokset: mitä korkeampi veden lämpötila, sitä suurempi on molekyylien välinen etäisyys johtuen siitä, että hylkivät voimat kasvavat. Ja tämän seurauksena molekyylien vetysidokset venyvät ja varastoituvat Suuri määrä energiaa. Jäähtyessään molekyylit alkavat lähestyä toisiaan vapauttaen energiaa vetysidoksista. Tässä tapauksessa energian vapautumiseen liittyy lämpötilan lasku.

Lokakuussa 2017 espanjalaiset fyysikot saivat toisen tutkimuksen aikana selville, että juuri aineen poistamisella tasapainosta (voimakas kuumennus ennen voimakasta jäähdytystä) on suuri rooli vaikutuksen muodostumisessa. He määrittelivät olosuhteet, joissa vaikutuksen todennäköisyys on suurin. Lisäksi espanjalaiset tutkijat ovat vahvistaneet käänteisen Mpemba-ilmiön olemassaolon. He havaitsivat, että kuumennettaessa kylmempi näyte voi saavuttaa korkea lämpötila nopeammin kuin lämpimänä.

Kattavasta tiedosta ja lukuisista kokeista huolimatta tutkijat aikovat jatkaa vaikutuksen tutkimista.

Mpemba vaikutus tosielämässä

Oletko koskaan miettinyt, miksi talvella luistinrata on täynnä kuumaa vettä eikä kylmää? Kuten jo ymmärsit, he tekevät tämän, koska kuumalla vedellä täytetty luistinrata jäätyy nopeammin kuin jos se olisi täytetty kylmällä vedellä. Samasta syystä talvien jääkaupunkien liukumäet kaadetaan kuumalla vedellä.

Näin ollen tieto ilmiön olemassaolosta antaa mahdollisuuden säästää aikaa valmistellessaan paikkoja talviurheiluun.

Lisäksi Mpemba-ilmiötä käytetään joskus teollisuudessa - vettä sisältävien tuotteiden, aineiden ja materiaalien jäätymisajan lyhentämiseen.